Kierrejouset pintaa syvemmältä – yksinkertainen komponentti kätkee sisälleen paljon tekniikkaa

Kierrejousia ei voi pitää varsinaisesti vallankumouksellisena tai uutena tekniikkana, sillä niiden valmistus ja käyttö ulottuu satojen vuosien päähän. Ensimmäinen kierrejousi patentoitiin tiettävästi jo vuonna 1763. Ensimmäisen patenttihakemuksen ja tämän päivän välillä on tapahtunut paljon, jopa siinä määrin, että maastopyörän jousituksessa kierrejousten käyttö on arkipäivää.

Ja mikä oleellisinta, kierrejouset ovat tekemässä paluuta lyhyen ilmaiskarien valtakauden jälkeen, joten mikäpä olisi parempi aika sivistää itseään, että mitä kierrejousen sisään uppoaa! Tällä tiedolla varustettuna pystyt valitsemaan takaiskariin juuri oikean kierrejousen ja tiedät aiheesta muutenkin enemmän. 

Jos kierrejousi-iskarien ja keulojen tarjoamat mahdolliset edut eivät olet tuttuja, perehdy aiemmin ilmestyneeseen artikkeeliin alla olevasta linkistä.

Miksi kierrejouset tekevät paluuta iskareihin ja keuloihin?

Mikä jousi on ja mitä se tekee?

Ensimmäiseksi on hyvä lähteä liikkeelle perusteista ja määritelmistä. Mikä jousi tarkalleen on ja mikä on sen funktio iskunvaimennuksessa? 

Kierrejousi on mekaaninen kappale, joka sitoo ja vastavuoroisesti vapauttaa energiaa hyvällä hyötysuhteella. Jousen varastoima energia on tyypiltään kineettistä eli se on peräisin liikkeestä, kuten vaikkapa nopeasta iskusta. Jousia voidaan käyttää esimerkiksi myös voiman kohdistamiseen kahden pinnan välillä. Säätönuppien ”kliksut” ovat varmasti tuttuja jokaiselle keulaa tai iskareita säätäneelle. Ne saadaan aikaan ns. pidätinkuulien ja jousen yhdistelmällä, jonka vastaparina on kuulille sopivilla lovilla varustettu tasainen pinta.

Jousen toiminta vaatii arvatenkin, että se on valmistettu sopivan elastisesta eli joustavasta materiaalista. Jos käytetty materiaali on liian kovaa ja haurasta tai vastaavasti pehmeää, siitä ei pysty valmistamaan toimivaa jousta. Esimerkiksi lasinen tai muovailuvahasta valmistettu jousi on hauska ajatus, mutta ei kovin toimiva sellainen. Jousten materiaaleihin pureudutaan tarkemmin myöhempänä.

Kun jousen tehtävää mietitään nimenomaan pyöräilyn näkökulmasta, saavutaan seuraavaan listaan:

  1. Kuskin ja pyörän muodostaman yhdistelmän kannattaminen halutulla korkeudella.
  2. Oikean sagin/painauman saavuttaminen, mikä mahdollistaa puolestaan jousituksen suunnitellun toiminnan.

Jälkimmäinen kohta eli halutun painauman saavuttaminen on erityisen tärkeä siksi, että hyvin suunniteltu jousitus on usein suunniteltu toimimaan tietyllä tapaa juuri painauman ympäristössä, mikä vaikuttaa mm. polkemiseen, rungon ajossa ilmenevään geometriaan jne.

Jousen valmistus

Vaikka jousen rakenne on hyvin yksinkertainen, sen valmistus laittaa raapimaan päätä. Jos ei muuta, jousen valmistuksen perusteiden tietäminen on ainakin mukavaa nice to know -kategorian tietoutta!

Jousen valmistukseen tarvitaan erityistä jousilankaa, joka muovataan kierrejouselle ominaiseen muotoon erillisellä koneella. Pienempiä eriä voidaan tehdä myös sorvilla. Jokainen kierrejousta käsissä pidellyt on pannut merkille, että jousen kierre ei voi olla täysin tasainen alusta loppuun, vaan päiden tulee olla tasaiset lineaarisen jousivakion saavuttamiseksi. 

Riippuen materiaalista, jousityypistä ja mitä lopputuotteelta halutaan, jousi voidaan lämmittää useaan kertaan valmistuksen aikana esimerkiksi karkaisun, halutun pinnankovuuden tai jousivakion merkeissä. Lopuksi jousi pulverimaalataan.

Oheisen videon Industrial Spring LTD valmistaa jousia langoista, jonka vahvuudet vaihtelevat hiuksen ja käsivarren välillä – vaikuttavaa! 

Materiaalit

Kierrejousissa käytetään erityistä jousiterästä, jonka materiaaliominaisuuksia voidaan jalostaa edelleen karkaisemalla tai muilla lämpökäsittelyn keinoilla, kuten jousien valmistuksen yhteydessä aiemmin mainittiin. Teräs on vakiinnuttanut paikkansa jousimateriaalina ensinnäkin hyvien materiaaliominaisuuksiensa, mutta myös edullisuutensa ansiosta. Nykyiset teräsjouset pystyvät kilpailemaan painossa titaanijousien kanssa, mutta hintalapun lukema on vain noin 1/3-osan titaanisiin verrattuna. 

Takavuosia huomattavasti – jopa puolet – kevyempiin teräsjousiin on päästy ennen kaikkea muuttamalla jousen kierrettä harvempaan suuntaan, mikä edellyttää vähempää määrää materiaali ja sitä kautta kevyempää painoa. Alla on lueteltuna muutaman valmistajan ilmoitettujen jousien painoja. Listasta näkee, että valmistajat painivat samassa sarjassa noin 10 g tarkkuudella. 

  • Fox SLS, 350 lbs/in, 70 mm isku, 251 g
  • EXT, 350 lbs/in, 65 mm isku, 259 g
  • MRP Enduro SL, 375 lbs/in, 65 mm isku, 261 g

Poikkeuksen listaan tekee Push Industries Hypercoil-jousellaan, joka on jonkin verran muita painavampi. Vastineeksi tästä Push lupaa jousille pidempää käyttöikää ilman muutosta jousen toiminnassa.

Mihin takavuosina kovassa huudossa olleet titaanijouset ovat kadonneet? Hyvä kysymys! Suurin syy on niiden tuntuvasti kovempi hinta ja kaventunut mahdollisuus painon säästöön nykyaikaisiin teräsjousiin verrattuna. Haasteet titaanijousien valmistuksessa ja sitä kautta laadussa voivat olla myös asian taustalla.  

”Beta C which is the most common spring wire used requires the manufacture to overcorrect for the characteristics of the material when winding. This makes the spring have a tremendously progressive spring characteristic with rates from spring to spring being all over the place.

Darren Murphy, Push Industries

Jousen jäykkyys

Jousivakio eli puhekielellä ilmaistuna jousen jäykkyys on usein eniten kiinnostava suure, kun suuntaa otetaan jousikaupoille. Se saadaan johdettua yksinkertaisesta yhtälöstä F = -kX, jossa k on nimenomainen jousivakio, F on jousen aikaan saama voima ja X tasapainoasemasta tai jousen lepopituudesta poikkeava etäisyys.

Jousivakio määräytyy mm. seuraavista ominaisuuksista:

  • Materiaali ja sen liukukerroin
  • Jousilangan halkaisija
  • Jousen kokonaishalkaisija
  • Käytössä olevien kierteiden lukumäärä
  • Kokonaispituus

Jousen valmistaminen täsmälleen halutuilla spekseillä ei ole aivan yksinkertainen juttu, kuten yllä olevasta listasta ja aiemmin linkatusta videosta selviää. Muutamat valmistajat mittaavat jokaisen jousen erikseen ja tekevät merkinnät kyseisen kappaleen jousivakiosta sen perusteella ennen tehtaalta eteenpäin lähetystä, mikä on kaikin puolin hieno käytäntö. Eräiden arvioiden mukaan pyöräalalla käytettävien jousien jousivakio voi vaihdella jopa 15 % ilmoitetusta. 

Jousivakio ilmoitetaan erityisesti takaiskareissa edelleen kuninkaallisilla yksiköillä eli tuumia ja paunoja käyttäen. Yksikkö lbs/in kertoo, että kuinka monta paunaa vastaava voima tarvitaan jousen kokoon painamiseksi tuuman eli 25,4 millimetrin verran. Sivistynyt maailma käyttää tässä jousivakion ilmoittamiseen N/mm yksikköjä. Muunnosta voi katsoa alla olevasta taulukosta, jonka Springdex on ansiokkaasti koostanut.

Progressiivinen jousi – uusi tulokas

Laadukas kierrejousi on ominaisuuksiltaan ennen kaikkea lineaarinen. Oheiset Peter Verdonen tekemät mittaustulokset ovat siis kaikkea muuta, mitä iskarin ympärille istutetulta jouselta halutaan.

Kuva: Peterverdone.com

Kierrejouseen voidaan kuitenkin rakentaa progressiota, jolloin sen käytös saadaan muistuttamaan paremmin ilmajousta. Tällä voidaan saada muutamia merkittäviä hyötyjä tilanteissa, joissa rungon jousitusratkaisu ei tarjoa itsessään vipusuhteen kautta merkittävästi tai riittävästi progressiota. Kyseessä ei ole millään muotoa uusi tekniikka, mutta sen soveltaminen maastopyöräilyn tarpeisiin on ottanut oman aikansa. 

Jouseen voidaan rakentaa progressiota ainakin kolmella eri tavalla:

  1. Yhdistämällä kaksi jousta sarjaan
  2. Käyttämällä kartiomaista (halkaisijaltaan muuttuvaa) jousilankaa
  3. Muuttamalla jousen kierrettä

Takaiskarin tapauksessa 1) vaihtoehto ei ole mahdollinen optio, keulan tapauksessa se olisi helpompi toteuttaa. 2) optio on puolestaan hyvin kallis toteuttaa, joten jäljelle jääväksi ratkaisuksi rajautuu kohta 3). Muuttamalla jousen kierrettä, siihen voidaan saada haluttu määrä progressiota. 

MRP oli ensimmäisiä valmistaja, joka toi progressiivisen jousen markkinoille isossa mittakaavassa. Siinä jousivakio kasvaa noin 20 %, kun jousen liikematkasta on käytetty noin 1/3. Toisin sanoen, kun jousi on painunut kasaan noin 20 millimetriä, jousivakio alkaa kasvamaan progressiivisesti. Oheinen kuva selittää jousen käyttäytymistä ja sen eroa perinteiseen kierrejouseen paremmin kuin sanoilla on mahdollista.

Otetaan laskuesimerkki, joka havainnollistaa perinteisen ja progressiivisen jousien eroa lukujen valossa. Esimerkit ovat 400 lbs/in tai toisin ilmoitettuna 70 N/mm jousi sekä progressiivinen +400 lbs/in jousi. Molemmat jouset ovat 65 mm iskunpituudella.

Jousikaupoilla – mitä muuta tarvitsee tietää?

Jousta ostaessa on syytä tietää ensinnäkin oikea jousivakio. Sen selvittämiseen löytyy onneksi useita laskureita. Sopiva painauma löytyy 28-33 % väliltä. Tarkka arvo riippuu mieltymyksistä, mutta myös rungon jousitusratkaisusta ja joustomatkasta. 

MRP Spring Calculator

TF Tuned Spring Calculator

Jos haluat pehmeältä tuntuvan takapään ja rungossa on kohtuullisen paljon joustoa, 150 milliä tai enemmän, tähtää lähemmäksi 33 % painaumaa. Jos haluat puolestaan hieman elävämmältä tuntuvan pyörän ja joustomatkaa ei ole käytössä merkittäviä määriä, tähtää alle 30 % painaumaan. Kierrejousella varustetulla iskarilla tarkan painauman selvittäminen ei ole yhtä yksioikoista kuin ilmaiskarilla. Keinoja kuitenkin löytyy:

  • Rock Shoxin iskareissa männänvarressa on prosentteja tai millimetrejä merkitsevä mitta-asteikko, aivan kuten saman valmistajan ilmaiskareissa.
  • Pohjaanlyöntikumin käyttäminen stopparina. Nosta pohjaanlyöntikumi männänvarren juuresta ylös, istu pyörän päälle ajovarusteiden kanssa, mittaa esillä jäävä männänvarren osa työntömitalla tai mittanauhalla ja jaa se iskunpituudella.
  • Mittaa jousen kiinnityslevyjen välinen etäisyys ja pyydä avustajaa toistamaan mittaus, kun istut pyörän päällä. Erotus antaa saman lukeman kuin edellinen pohjaanlyöntikumia hyödyksi käyttävä tapa. Saatu tulos jaetaan iskunpituudella, jolloin saadaan painauma.
  • Reverse Components julkaisee pian kyseiseen mittausoperaatioon tarkoitetun työkalun.

On kuitenkin syytä huomauttaa, että painauma antaa jousivakiolle lähtökohdan. Optimiarvon selvittäminen voi vaatia koeajoa ja huomioita, että miten pyörä käyttäytyy eri tilanteissa. 

Kun iskariin on valitsemassa jousta, kannattaa satsata kerralla kunnolliseen sen sijasta, että tyytyisi halvimmasta pataraudasta valmistettuun versioon. Korkealuokkainen eli niin sanottu high performance -jousi täyttää seuraavat kriteerit:

  • Se on valmistettu korkealuokkaisesta terässeoksesta, joka on kevyt ja säilyttää materiaaliominaisuutensa pitkän aikaa.
  • Jousessa on minimilukumäärä kierteitä jousen pituutta kohden. Jos kierteitä on enemmän kuin tarvitaan, jousi on pakostakin painavampi kuin on tarpeen, mikä on turhaa painoa. 

Lisäksi on syytä tietää seuraavat asiat.

Iskunpituus

Iskunpituus kertoo, että miten suuren matkan jousi pystyy puristumaan kasaan. Jos iskarin iskunpituus on 70 mm, siinä ei voi käyttää tätä pienempää jousta (esim. 65 mm), sillä jousi pohjaa ennen iskaria, mikä ei ole arvatenkaan haluttua. Jousta, jossa on suurempi iskunpituus kuin iskarissa voi sen sijaan käyttää hyvin.

Poikkeuksen muodostavat progressiiviset jouset, sillä merkittävästi jousen iskunpituutta lyhyemmällä iskarilla ei saada kaikkia progressiivisen jousen ominaisuuksia käyttöön.

Sisähalkjaisija

Ikävä kyllä eri valmistajat käyttävät eri sisähalkaisijalla olevia jousia, mikä tarkoittaa, että ne eivät sovi ristiin keskenään ilman erillistä soviteholkkisarjaa. Eri valmistajien jousien sisähalkaisijoita on listattuna alla.

ValmistajaSisähalkaisija
Fox35 mm
Cane Creek
Öhlins
DVO
Bos
Elka
36 mm
MRP
Rock Shox
38 mm
EXT38,5 mm

Kokonaismitta

Jousen kokonaismitta tai pituus tulee huomioida siksi, että iskarissa riittää kiristysvaraa uudelle jouselle. Ongelmiin törmätään, jos jousi on liian pitkä ja se pitää puristaa iskarin väliin, mikä johtaa ensinnäkin mielenkiintoisiin hetkiin asennuksessa, mutta myös vähemmän kuin optimiin toimintaan. Toinen mahdollinen ongelman lähde on, jos iskarin rungossa ei ole riittävän pitkällä matkalla kierrettä, jotta jousen kiristäminen onnistuu. Esimerkiksi Rock Shoxin iskareissa kierre on lyhyt, jolloin (noin) 120 millimetriä pitkän jousen kiinnittämiseen tarvitaan erilliset korokeholkit. 

Yhteenvetoa

Jos olet lukenut tähän asti, tiedät kierrejousista todennäköisesti ainakin vähän enemmän kuin ennen. Etsiessäsi kunnollista kierrejousta takaiskarin pariksi, panosta kerrallaan kunnolliseen malliin, niin saat kevyen ja mitä todennäköisimmin ilmoitettua jousivakiota vastaavan jousen, joka toimii lineaarisesti koko liikematkalaan.

MRP Enduro SL- ja EXT-kierrejouset täyttävät nämä kriteerit.

Jos etsit progressiivista kierrejousta esimerkiksi single pivot -runkoa varten, tsekkaa MRP:n progressiivinen kierrejousi.